3.3.1. Eficiência
A eficiência na remoção de poluentes nos sistemas de lagoa de estabilização depende do tipo de tecnologia utilizada, dos detalhes construtivos e da operação e manutenção do sistema. Em relação à eficiência por tipo de tratamento, a Tabela 3.16 traz a comparação entre os tipos de lagoas e o percentual de remoção de DBO. A Tabela 3.17 apresenta a comparação entre sistemas de lagoas de estabilização quanto à remoção de itens específicos.
Tabela 3.16 – Comparação da eficiência de remoção de poluentes entre as lagoas de estabilização.
Tipo de Tratamento Descrição Eficiência
Lagoa Anaeróbia
Mais profunda e com maior volume, normalmente é usada antes das outras lagoas, para estabilizar rapidamente parte da DBO, diminuindo a área necessária para o sistema. A DBO remanescente é removida na lagoa facultativa secundária e de maturação.
50 a 70 % na remoção de DBO
Lagoa Facultativa
A DBO solúvel é estabilizada aerobiamente por bactérias dispersas no meio líquido, com oxigênio fornecido pelas algas, através da fotossíntese. A DBO em suspensão tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por microrganismos existentes no fundo da lagoa.
70 a 90% na remoção de DBO
Lagoa de Maturação
O objetivo maior é a remoção de patogênicos, que se dá pela radiação solar, elevado pH e elevado oxigênio dissolvido.
70 a 90% na remoção de coliformes fecais Fonte: Adaptado de SANTOS (2007).
Tabela 3.17 – Comparação da eficiência de remoção de poluentes entre sistemas de lagoas de estabilização.
Item Facultativa Primária Anaeróbia – Facultativa Secundária Aerada Facultativa Aerada de mistura completa – Lagoa de Decantação Anaeróbia - facultativa - maturação DBO 75 - 85 75 - 85 75 - 85 75 - 85 80 - 85 DQO 65 -80 65 - 80 65 - 80 65 - 80 70 - 83 Sólidos Suspensos 70 - 80 70 - 80 70 - 80 70 - 87 73 - 83 Amônia < 50 < 50 < 30 < 30 50 - 65 Nitrogênio Total < 60 < 60 < 30 < 30 50 - 65 Fósforo Total < 35 < 35 <35 < 35 > 50 Coliformes Termotoler antes 90 - 99 90 - 99 90 - 99 90 - 99 99,9 - 99,9999
Fonte: Adaptado de VON SPERLING (2007).
Alguns estados brasileiros, como o Maranhão, Bahia e São Paulo, adotam uma eficiência de remoção mínima no tratamento de alguns poluentes como condicionante de descarte de efluentes em corpos hídricos.
No entanto, adotar uma eficiência mínima de remoção de poluentes não se apresenta suficiente para preservar a qualidade do corpo receptor, pois mesmo atendendo a exigência da eficiência o efluente pode estar em inconformidade com a legislação federal, apresentando poluentes em elevadas concentrações mesmo com uma alta eficiência de remoção.
3.3.2. Confiabilidade
Devido às inúmeras incertezas presentes no projeto e operação de ETEs, existem alguns riscos de falha que são inevitáveis, sendo necessário, portanto, que as ETEs sejam projetadas com base em uma medida aceitável de risco ou violação (NIKU et al., 1979).
Para determinar uma concentração média que garanta que a concentração do efluente estará abaixo de certo valor, com um determinado nível de confiabilidade, Niku et al. (1979), avaliando o desempenho de processos de lodos ativados em 43 ETEs em operação nos Estados Unidos, desenvolveram um método que relaciona a concentração média do constituinte (valor de projeto) com os valores limites a serem cumpridos, baseando-se em análises probabilísticas (coeficientes de confiabilidade).
O valor médio de projeto (mx) pode ser calculado a partir da Equação 3.2:
Equação 3.2
Onde:
mx = concentração média do constituinte;
Xs = meta de qualidade ou padrão Fixado por alguma legislação ou norma. CDC = coeficiente de confiabilidade
O Coeficiente de Confiabilidade é calculado a partir da Equação 3.3.
(√ ) [ √ ] Equação 3.3
Onde:
CV = coeficiente de variação (desvio padrão dividido pela média da distribuição existente).
Z1-α = variável normal central reduzida correspondente à probabilidade de não excedência (1-α).
De uma maneira geral, a confiabilidade de um sistema pode ser definida como a probabilidade de se conseguir, em determinadas condições, um desempenho adequado por um período específico de tempo (OLIVEIRA, 2006).
Em termos de desempenho de uma ETE, a confiabilidade pode ser entendida como a porcentagem de tempo em que se consegue cumprir os padrões de lançamento de efluentes tratados (NIKU et al., 1981).
Dessa forma, se, por exemplo, um padrão de 100mg/L deve ser cumprido em 95% do tempo, o processo deve ser projetado e executado para alcançar uma concentração média efluente que este percentual seja obtido, mesmo com a variabilidade presente.
Assim, o termo está relacionado aos aspectos de falhas nos equipamentos e aos aspectos inerentes ao processo de tratamento, buscando-se avaliar o grau de confiabilidade que foi alcançado pelos sistemas, definindo o limite ou padrão que pode ser alcançado em cada processo (OLIVEIRA; VON SPERLING, 2007).
Entretanto, a probabilidade de falha é extremamente sensível à função de distribuição da concentração efluente. Conhecida esta distribuição, uma expressão pode ser
utilizada para definir a fração do tempo em que uma dada concentração foi excedida no passado e, desta forma, predizer o comportamento futuro de uma ETE, desde que as variáveis do processo continuem as mesmas.
Diversas análises de variáveis efluentes de ETEs têm mostrado que, para a maioria dos processos, grande parte dos constituintes pode ser modelada pela distribuição lognormal (OLIVEIRA; VON SPERLING, 2007).
Estudos envolvendo análises estatísticas de desempenho de processos de tratamento e desenvolvimento de métodos e procedimentos para a introdução de conceitos de confiabilidade e estabilidade no projeto e operação de ETEs têm sido efetuados há algumas décadas em vários países e mais recentemente no Brasil.
Oliveira e Von Sperling (2007) realizaram uma análise da confiabilidade de 166 ETEs localizadas em São Paulo e Minas Gerais, considerando diversos processos de tratamento. Utilizaram a metodologia desenvolvida por Niku et al. (1979) para determinação de coeficientes de confiabilidade (CDC), considerando o alcance a metas de lançamento para concentrações efluentes de DBO, DQO, SST, NT, PT e CF. No Ceará, Silveira (2011) analisou o desempenho, eficiência e a confiabilidade de estações de tratamento em Fortaleza e em sua Região Metropolitana.
3.3.3. Percentual Esperado de Atendimento a Padrões de Lançamento de Efluentes
Para a verificação do atendimento a legislação Niku et al. (1979) propôs uma equação derivada da integração da função densidade de probabilidade da distribuição normal.
No entanto, devido à complexidade da equação, outros autores utilizaram relações entre a distribuição normal e lognormal para desenvolverem uma equação mais simples e fácil de ser empregada, a qual é apresentada pela Equação 3.4.
[ ( )]
√ Equação 3.4
Onde:
Por meio desta, os valores correspondentes à probabilidade cumulativa da distribuição normal padronizada (distribuição Z) são encontrados. O percentual de atendimento alcançado é obtido pela área subentendida pela curva normal central reduzida que pode ser determinado pela função DIST.NORM do Excel ou encontradas em livros de estatística.